艦載無人機干擾反艦導彈最優(yōu)空間配置*

尹成義，譚安勝，朱青松（海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018）

艦載無人機干擾反艦導彈最優(yōu)空間配置*

尹成義，譚安勝，朱青松
（海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018）

針對艦載有源干擾在反導防御中存在的不足，以艦載無人機干擾敵反艦導彈的基本態(tài)勢分析為基礎(chǔ)，建立了艦載無人機最小有效干擾距離計算模型。針對反艦導彈跟蹤輻射源的情況，以反艦導彈進入燒穿距離后不能再次捕捉目標為前提，建立干擾具備“跟雜”能力反艦導彈的艦載無人機陣位配置模型，為水面艦艇編隊對空防御增加了新手段。

艦載無人機，電子干擾，反艦導彈，陣位配置

0 引言

現(xiàn)代海戰(zhàn)中，水面艦艇的空中威脅已由傳統(tǒng)的飛機使用近程武器攻擊轉(zhuǎn)變?yōu)閬碜运?、空中和水下平臺發(fā)射的各種反艦導彈的攻擊［1］。而現(xiàn)代反艦導彈通過采用航路規(guī)劃、隱身、超音速、超低空掠海飛行等技戰(zhàn)術(shù)手段，使其突防能力更強，更加難以攔截。為此，各種電子干擾手段就成為對抗反艦導彈的有效措施之一［2-3］。

電子干擾手段主要包括無源干擾和有源干擾，其中無源干擾相對簡單，但對于大型水面艦艇，要求箔條有效反射面積很大，且投放箔條時機也很重要。投放早了，箔條可能隨風漂走，失去了干擾作用。投放晚了，導彈已擊中艦艇。同時，一些采用末端躍升俯沖攻擊彈道及新型制導體制的反艦導彈，對無源干擾也具有較好的識別能力。使用有源干擾時，雖然現(xiàn)有的艦載有源干擾機一般都擁有很大的功率進行噪聲壓制和欺騙干擾，但艦載有源干擾機工作時，除會對艦載武器的使用造成干擾外，其對反艦導彈末制導雷達的干擾有時也難達到理想效果，原因在于反艦導彈的末制導雷達通常距目標很近才開機，一般只有十幾秒的時間，采用拖距很難有效［4］；而且，很多反艦導彈已經(jīng)具備“跟雜”能力，即當出現(xiàn)噪聲干擾時，把噪聲源作為信標，跟蹤噪聲源，照樣可以擊中艦艇［5］。

使用掛載特定干擾源的艦載無人機進行電子干擾，可配置在艦艇編隊之外，既可提高干擾效果，又可保證單艦或編隊的安全，是水面艦艇對空防御中電子對抗的全新手段［6-7］。

1 艦載無人機干擾反艦導彈態(tài)勢分析

艦載無人機對反艦導彈的干擾過程主要涉及敵反艦導彈未制導雷達、我編隊及掛載雷達干擾載荷的艦載無人機三者之間的空間能量關(guān)系。為研究方便，假設(shè)艦載無人機、敵反艦導彈、我水面艦艇編隊三者之間的相對關(guān)系如圖1所示。

圖1 艦載無人機干擾反艦導彈態(tài)勢分析示意圖

其中，水面艦艇編隊由多艘艦艇組成，并將編隊所在區(qū)域等效為一個半徑為rw的圓，稱為掩護目標區(qū)或簡稱掩護區(qū)。敵反艦導彈飛行高度為Ht，飛行方向指向掩護區(qū)中心，距掩護區(qū)中心點的斜距離和水平距離分別為Rt和Dt，二者隨反艦導彈的運動逐漸變?。挥捎诜磁瀸楋w行速度遠大于艦艇速度，且攻擊時間相對較短，因此，忽略艦艇運動的影響，即假設(shè)編隊靜止不動；艦載無人機飛行高度為Hj，采用與編隊位置保持不變的定點懸停，距掩護目標區(qū)中心的斜距離和水平距離分別為Rw和Dw，艦載無人機與編隊中心連線和敵反艦導彈來向的夾角為α，稱為艦載無人機干擾配置角；艦載無人機至敵反艦導彈的斜距離和水平距離分別為Rj和Dj，則根據(jù)余弦定理有

艦載無人機為達成有效干擾，應(yīng)保證敵反艦導彈導引頭無法發(fā)現(xiàn)編隊內(nèi)的任意艦艇。若設(shè)θ1為在相應(yīng)平面中敵反艦導彈末制導雷達波束軸線朝向掩護目標區(qū)域邊緣時波束軸線與敵反艦導彈和掩護目標區(qū)中心線的夾角，則有:

當掩護目標區(qū)半徑rw與Dt相比很小時，可將被掩護目標（區(qū)域）視為點目標，此時可近似認為θ1≈0°。θ1的意義在于保證艦載無人機掩護的目標不是一個點，而是一個區(qū)域，即保證在該區(qū)域內(nèi)活動的艦艇都能得到艦載無人機的有效掩護。設(shè)艦載無人機與敵反艦導彈中心連線和敵反艦導彈來向的夾角為θ2，則由正弦定理可知

根據(jù)雷達方程，敵反艦導彈末制導雷達接收到的目標回波信號功率為:

式中，Pt為敵反艦導彈未制導雷達發(fā)射功率；Gt為敵反艦導彈未制導雷達天線主瓣方向上的增益；σ為被掩護目標的有效反射面積；λ為敵反艦導彈末制導雷達工作波長；Rt為敵反艦導彈未制導雷達至目標的距離。

當單架艦載無人機掛載雷達干擾載荷對敵反艦導彈進行干擾時，進入敵反艦導彈末制導雷達接收機輸入端外的干擾信號功率為:

式中，Pj為艦載無人機雷達干擾載荷發(fā)射功率；Gj為艦載無人機雷達干擾載荷天線主瓣方向上的增益；Gt'（θ）為敵反艦導彈末制導雷達天線在艦載無人機雷達干擾載荷方向上的增益，可按下式計算

式中，θ0.5為敵反艦導彈末制導雷達半功率波束寬度；k為與雷達天線相關(guān)的常數(shù)，一般為0.04～0.10，這里取k=0.07；θ為敵反艦導彈末制導雷達波束軸線與敵反艦導彈和艦載無人機連線之間的夾角；γj為艦載無人機干擾信號對敵反艦導彈末制導雷達天線的極化損失。

式（7）中只給出了θ∈（0°，180°）的取值范圍，當θ∈（0°，180°）時有Gt'（-θ）=Gt'（θ）。

有效干擾的條件是進入雷達接收機的干擾功率比進入雷達接收機內(nèi)的目標回波功率大一定的倍數(shù)。這個與雷達類型、信號處理方式有關(guān)的系數(shù)，叫作有效壓制系數(shù)。要想壓制敵反艦導彈末制導雷達，干擾功率和回波信號功率之比必須大于或等于有效壓制系數(shù)Kj。由式（5）、式（6）得干擾方程的一般表達式為:

其中，壓制系數(shù)Kj為使敵反艦導彈末制導雷達發(fā)現(xiàn)概率Pd降到0.1時，其接收機輸入端通帶內(nèi)最小干擾功率Pjmin和信號回波功率Prs之比。即:

式（8）是雷達有源干擾方程的一般表達式，雖然該干擾方程為自由空間的干擾方程，即沒有考慮大氣衰減、地面反射等因素的影響，但它為艦載無人機干擾反艦導彈的技術(shù)設(shè)計和戰(zhàn)術(shù)使用提供了理論依據(jù)。

2 艦載無人機干擾常規(guī)雷達末制導反艦導彈空間配置方法

由以上分析可知，艦載無人機對反艦導彈進行壓制干擾，其效果與艦載無人機與反艦導彈之間的空間位置有密切關(guān)系。因此，只有掌握艦載無人機的有效壓制區(qū)范圍，才能為其合理部署與運用提供依據(jù)。

2.1 最小有效干擾距離模型

當給定雷達干擾載荷和反艦導彈末制導雷達參數(shù)及被掩護目標反射面積后，式（8）左側(cè)前兩項為一常數(shù)，而當艦載無人機的陣位也固定后，艦載無人機的掩護效果主要受敵反艦導彈到掩護區(qū)中心距離的影響。若給定有效壓制系數(shù)Kj，則要想有效壓制敵反艦導彈，由式（8）可知，敵反艦導彈到掩護區(qū)的距離Rt應(yīng)滿足

由式（10）可知，當敵反艦導彈到掩護區(qū)中心的距離Rt＞R0時，艦載無人機的壓制有效；當Rt=R0時，是壓制區(qū)的邊界，因此，距離R0稱為最小有效干擾距離或“燒穿距離”［5］，即敵反艦導彈到掩護區(qū)的距離小于R0時，其導引頭將“燒穿”干擾信號，艦載無人機將失去掩護作用。因此，對最小有效干擾距離的研究對于確定艦載無人機的干擾陣位就具有重要意義。

艦載無人機對敵反艦導彈末制導雷達的干擾，與對其他類型雷達的干擾相比還存在很大不同，即反艦導彈通常朝編隊方向運動，到編隊和艦載無人機的距離不斷減小。為應(yīng)對反艦導彈的運動，艦載無人機掛載的雷達干擾載荷的干擾方向也必須進行相應(yīng)的調(diào)整，使其始終能指向干擾對象，以便達成最佳干擾效果。但當反艦導彈飛越艦載無人機（即越過艦載無人機到反艦導彈航向線的垂線）后，艦載無人機的干擾方向不易再跟蹤反艦導彈。原因在于，此時干擾方向與反艦導彈導引頭雷達之間的夾角已超過90°，干擾效果較差；更重要的是，此時艦載無人機的干擾方向有可能已經(jīng)指向編隊，從而對編隊中艦艇的雷達造成干擾，影響其對空探測。因此，艦載無人機必須在反艦導彈飛越自身之前停止對已飛越反艦導彈的干擾。綜合這些因素，反艦導彈的實際燒穿距離R0'應(yīng)為

2.2 仿真計算與結(jié)果

仿真目的:考察不同編隊規(guī)模、艦載無人機的不同陣位配置（距掩護區(qū)中心的距離及不同的干擾配置角）等因素對干擾效果的影響，選取燒穿距離作為指標。

仿真條件:設(shè)掩護區(qū)半徑分別為rw=100 m（單艦）、rw=1 n mile和rw=3 n mile，掩護區(qū)內(nèi)被掩護艦艇的雷達反射截面積σ=7 000 m2；敵反艦導彈飛行高度為20 m，導引頭的功率為Pt=200 W，半功率寬度θ0.5=1.15°，增益Gt=30 dB，極化損失γj=0.5。艦載無人機飛行高度Hj=500 m，距掩護區(qū)中心的距離分別為Dw=1 km和5 km，干擾配置角從0°～180°，掛載的雷達干擾載荷功率Pj=500 W及5 kW，增益Gj=12 dB，有效壓制系數(shù)Kj=2。

仿真結(jié)果:由式（1）～式（11），計算對應(yīng)的燒穿距離，結(jié)果見表1。

表1 由式（1）～式（11），計算對應(yīng)的燒穿距離

（b）Pj=500 W、Dw=5 km時不同編隊規(guī)模和干擾配置角下對應(yīng)的實際燒穿距離0 5 10 20 30 45 75 90 120 150 180掩護區(qū)半徑配置角。燒穿距離km 100 m 5 000 4 981 4 924 4 698 4 330 4 631 5 038 5 035 4 592 3 515 1 421 1 n mile 5 000 4 981 4 924 4 698 4 330 5 134 5 806 5 931 5 796 5 215 4 295 3 n mile 5 000 4 981 4 924 4 698 4 330 5 263 7 280 7 546 7 713 7 491 6 998 （c）Pj=5 kW、Dw=1 km時不同編隊規(guī)模和干擾配置角下對應(yīng)的實際燒穿距離0 5 10 20 30 45 75 90 120 150 180掩護區(qū)半徑配置角。燒穿距離km 100 m 1 001 1 016 1 030 1 067 1 121 1 208 1 319 1 327 1 238 1 007 621 1 n mile 1 054 1 064 1 092 1 211 1 398 1 711 2 152 2 220 2 279 2 250 2 155 3 n mile 1 054 1 064 1 092 1 211 1 398 1 711 2 229 2 431 2 734 2 914 2 974 （d）Pj=5 kW、Dw=5 km時不同編隊規(guī)模和干擾配置角下對應(yīng)的實際燒穿距離0 5 10 20 30 45 75 90 120 150 180掩護區(qū)半徑配置角。燒穿距離km 100 m 5 000 4 981 4 924 4 698 4 330 3 535 3 022 2 962 2 644 2 021 944 1 n mile 5 000 4 981 4 924 4 698 4 330 3 535 3 421 3 596 3 510 3 230 2 813 3 n mile 5 000 4 981 4 924 4 698 4 330 3 535 3 421 3 715 4 201 4 506 4 609

2.3 相關(guān)結(jié)論與配置方案

從表1中數(shù)據(jù)可以看出:

1）當其他條件不變時，掩護區(qū)的半徑越大，對應(yīng)的燒穿距離越大，艦載無人機的掩護效果越差，即編隊所在區(qū)域越大，越難以對其進行有效掩護。

2）當其他條件不變時，艦載無人機的配置距離越小，對應(yīng)的燒穿距離越小，掩護效果越好，即艦載無人機應(yīng)盡量配置在距編隊中心較近的距離。

3）當其他條件不變時，雷達干擾載荷的功率越大，對應(yīng)的燒穿距離越小，艦載無人機的掩護效果越好，即艦載無人機應(yīng)配備功率盡可能大的雷達干擾載荷。

4）當雷達干擾載荷功率為500 W時，對編隊進行掩護時，無論艦載無人機配置在何處，其燒穿距離均較大。此時，反艦導彈進入燒穿距離后，仍可發(fā)現(xiàn)掩護區(qū)中的艦艇目標并有時間實施跟蹤和攻擊。因此，當干擾功率較小時，艦載無人機對編隊掩護能力有限。

5）當雷達干擾載荷功率為500 W時，對單艦進行掩護時，通過合理配置艦載無人機，可使燒穿距離小于1 km，此時，反艦導彈進入燒穿距離后，受反應(yīng)時間和過載等的限制，基本無法再完成搜索、跟蹤、改變航向及實施攻擊這一過程。因此，艦載無人機可對單艦實施有效掩護，且對單艦進行掩護時，選擇較?。ㄐ∮? km）的配置距離和較大（大于150°）的配置角度效果更佳，而且還有利于艦載無人機與艦載防空武器的協(xié)調(diào)。

6）當雷達干擾載荷功率為5 kW，對編隊進行掩護時，當艦載無人機陣位距編隊較近（＜1 km）時，可起到掩護作用，且配置角越小，效果越好；但若配置較遠（5 km），則需更大的干擾功率，且此時艦載無人機的配置角在45°～90°時較佳。

以上分析中，為便于說明敵反艦導彈與掩護區(qū)之間的距離，假設(shè)敵反艦導彈的飛行航向指向編隊中心。但如果敵反艦導彈的飛行方向不指向編隊中心，艦載無人機的干擾效果也是一樣的，甚至更好。同時，上面的分析只針對一枚反艦導彈，但由于艦載無人機掛載的雷達干擾載荷具有一定的水平干擾扇面，因此，實際上對在一定扇面、一定時間間隔內(nèi)的反艦導彈流均有效。

3 艦載無人機干擾具備“跟雜”能力反艦導彈空間配置方法

根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，艦載無人機應(yīng)盡量配置在距掩護區(qū)中心較近的陣位上，這樣可以使燒穿距離達到最小。但實際配置時，必須綜合考慮多種因素。首先，艦載無人機配置在編隊中心，可能距編隊內(nèi)的艦艇距離較近，則其在干擾反艦導彈同時，也可能對編隊艦載雷達造成干擾；其次，若敵反艦導彈具有“跟雜”能力，則配置在編隊中心的艦載無人機可能將反艦導彈引入編隊區(qū)域，當其進入燒穿距離后，也可能再次發(fā)現(xiàn)目標并實施攻擊。因此，綜合以上因素，艦載無人機不宜配置在編隊中心位置。

3.1 艦載無人機陣位配置模型

假設(shè)敵反艦導彈具備“跟雜”能力，則艦載無人機的配置應(yīng)保證對編隊進行掩護同時，還應(yīng)使跟蹤艦載無人機的反艦導彈進入燒穿距離或飛越艦載無人機后，重新搜索時，無法找到編隊，此時的態(tài)勢如圖2所示。

圖2 反艦導彈跟蹤干擾源時艦載無人機陣位配置示意圖

在圖2中，編隊中心位于O點，編隊所在區(qū)域半徑為rw；艦載無人機位于U點，距編隊中心距離為Dw，干擾配置角為α；假設(shè)敵反艦導彈導引頭的搜索角為，其初始航向指向編隊中心，由于其導引頭受干擾后具備跟蹤干擾源的能力，并在M點飛行方向指向艦載無人機，此時，敵反艦導彈到編隊中心的距離為Dt，更改后的飛行方向與初始飛行方向的夾角為θ（為說明方便，將其稱為反艦導彈進入角）。為使敵反艦導彈在跟蹤干擾源的過程中，不飛越掩護區(qū)，θ角應(yīng)滿足

假設(shè)敵反艦導彈在到達B點之前干擾有效，無法發(fā)現(xiàn)編隊，即BU為對應(yīng)的燒穿距離，則當敵反艦導彈到達B點時，若使編隊剛好不在敵反艦導彈的搜索扇面內(nèi)，則敵反艦導彈在B點時搜索區(qū)邊緣應(yīng)與編隊所在區(qū)域圓相切（如圖2中的BA線），此時，敵反艦導彈在整個搜索過程中均無法發(fā)現(xiàn)編隊。

在ΔAOC中，由于OC⊥AC，因此，有

在ΔABM中，根據(jù)正弦定理有

解得

由于當敵反艦導彈到達B點時，剛好到達燒穿距離，此時，敵反艦導彈到掩護區(qū)中心的距離Rj為

若認為艦艇可能存在于掩護區(qū)內(nèi)的任意位置，則敵反艦導彈到掩護區(qū)內(nèi)最近艦艇的距離Rjmin為

對應(yīng)的艦載無人機配置距離可由下式計算

在ΔOMU中，根據(jù)余弦定理計算艦載無人機的干擾配置角α為

3.2 仿真計算與結(jié)果

根據(jù)式（16）和式（17）即可確定艦載無人機的配置陣位，但該陣位受θ角的影響，不同的θ角，對應(yīng)不同的配置陣位，為此采用仿真計算的方法進行分析。

仿真目的:研究不同掩護區(qū)大小、不同干擾功率及反艦導彈跟蹤干擾源的不同距離下對應(yīng)的無人機配置陣位。

仿真結(jié)果:根據(jù)式（13）～式（17）進行仿真計算，結(jié)果見下頁表2。

3.3 相關(guān)結(jié)論與配置方案

由表2中數(shù)據(jù)可以看出:

表2 根據(jù)式（13）～式（17）進行仿真計算的結(jié)果

①當其他條件不變時，敵反艦導彈的進入角θ越大，所需的艦載無人機配置距離越遠，配置角越??；②當其他條件不變時，敵反艦導彈開始對艦載無人機掛載的干擾源跟蹤時，距離掩護區(qū)中心越近，所需的艦載無人機配置距離越??；③當其他條件不變時，艦載無人機干擾配置角越小，為保證敵反艦導彈進入燒穿距離后無法發(fā)現(xiàn)編隊，對應(yīng)的配置距離越大；④當其他條件不變時，艦載無人機掛載的雷達干擾載荷功率越大，對應(yīng)的燒穿距離越小，對編隊的掩護效果也越好；⑤艦載無人機掛載的雷達干擾載荷功率為500 W時，其能對單艦實施有效掩護，能對小規(guī)模編隊實施一定程度的掩護，對較大規(guī)模編隊掩護能力有限；若使雷達干擾載荷功率提高到5 kW，可對單艦及小規(guī)模編隊實施有效掩護，對較大規(guī)模編隊也能具備一定程度的掩護能力。

以上陣位配置結(jié)果是假設(shè)反艦導彈遭電子干擾后改變航向跟蹤干擾源，但實際上并不是所有反艦導彈受干擾后都會對干擾源進行跟蹤。因此，為了保證無論反艦導彈是否跟蹤干擾源都能有較好的干擾效果，應(yīng)對情況進行綜合考慮。結(jié)合前面的仿真結(jié)果，若反艦導彈不跟蹤干擾源，則艦載無人機的配置距離應(yīng)盡可能接近編隊中心，即配置距離要盡可能小；若要同時兼顧對具備跟蹤干擾源能力的反艦導彈的干擾，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)可知，反艦導彈的進入角θ越大，對應(yīng)的艦載無人機配置距離越遠，因此，應(yīng)選擇盡量小的θ對應(yīng)的配置距離和方位。綜合各種因素，應(yīng)在滿足式（12）下選擇較小的θ對應(yīng)的配置距離和方位。

4 結(jié)論

使用引導掛載電子干擾載荷的艦載無人機對敵反艦導彈末制導雷達實施干擾，可有效降低敵反艦導彈發(fā)現(xiàn)或跟蹤編隊艦艇的概率。同時，艦載無人機可配置在編隊艦艇之外，既可提高干擾效果，又能降低艦艇實施主動干擾，反艦導彈跟蹤輻射源時對艦艇構(gòu)成的威脅，提高艦艇或編隊的安全性，為編隊對空防御增加了新手段。

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Optimized Spacial Deploying of Shipborne UAV Interfering Anti-ship Missile

YIN Cheng-yi，TAN An-sheng，ZHU Qing-song
（DaLian Naval Academy，DaLian 116018，China）

Aiming at the problem of shipborne active jamming in antimissile defense，On account of the basic situations on shipborne UVA interfering anti-ship missile，the calculation model of the minimum effective interfering space of UVA is established.Aiming at the situations of anti-ship missile tracking radiation source，on the premise that the anti ship missile entering the burn-through range can not catch the target again，the UVA station allocation models of interfering anti-ship missiles with tracking anti radiation capacity is established，the optimal allocation method of the synergistic operation of the UVA and early-warning helicopters is offered，which provides the new approach to the formation’s air defense.

shipborne UAV，electronic interfere，anti-ship missile，position deploy

E911

A

1002-0640（2017）03-0122-06

2016-02-13

2016-03-17

全軍軍事類研究生基金資助項目（2013JY446）

尹成義（1977－ ），男，遼寧鐵嶺人，博士生。研究方向：作戰(zhàn)指揮、水面艦艇編隊作戰(zhàn)運籌分析。